Carbon, DTM, Stars & Cars

Ich arbeite für den Motorsport. Ich lebe für den Motorsport. So wie alle bei HWA in Affalterbach. Und doch bin ich damals dort eher zufällig in die Welt von Rundenzeiten und Gravitationskraft „hineingerutscht“:

Ich habe wie manch anderer an der Hochschule für Technik Wirtschaft und Gestaltung (HTWG) in Konstanz Maschinenbau studiert und kam über Kontakte zu Studienkollegen zu einem Formula Student Team. Die brauchten jemanden, der (die) etwas von Kunststoff und den Eigenschaften verstand.

In Folge habe ich mich für das Team um sämtliche Verbundwerkstoff-Belange der Rennwagen-Karosserien gekümmert, denn ich war gleichzeitig im Labor für Kunststofftechnik der HTWG als Hilfskraft tätig. Natürlich habe ich dabei „Blut geleckt“, was das Arbeiten mit Carbon und anderen spannenden Werkstoffen betraf.

Maschinenbau versus Leichtbau

Eigentlich schade, dass im Maschinenbau-Studium keine Grundlagen für Kunststofftechnik vermittelt wurden. Vorlesungen im Bereich „Leichtbau“ und „Verbundwerksstoffe“ gab es ergänzend einfach nicht. In meiner Tätigkeit als Hilfskraft im Kunststofflabor habe ich die Grundlagen zur Kunststofftechnik gelernt und angewendet.

Das theoretische Wissen über Fasern, Verhalten, Materialkombinationen, Herstellungsverfahren habe ich mir über die Formula Student ebenfalls selbst erarbeitet. Dadurch konnte ich später meine Bachelorthesis über Kunststofftechnik schreiben. Darin ging es um „lackierfähige Oberflächen von CFK (Kohlefaserverstärkter Kunststoff) für Serienfahrzeuge“.

Kohlefasern und der Sprung ins kalte Wasser

Letztendlich habe ich mir alles selber erarbeitet, was für mich die Grundlage für den Einstieg bei HWA als Expertin für Kohlefasern und Kunststoffe war. Zwei Wochen nach meinem Jobbeginn in Affalterbach kam der erste Schreck: Der damalige Abteilungsleiter verließ kurzfristig das Unternehmen.

Es war mit einem Mal an mir, die Abteilung zu leiten. Der Sprung ins kalte Wasser. „Also gut, ich packe das“, habe ich mir gesagt. Für die Saison 2012 trat Mercedes-Benz mit komplett neuen Rennwagen an. Dementsprechend war die Anspannung groß, ich hatte plötzlich Personal-Verantwortung für zehn Mitarbeiter und dafür, dass eine Abteilung die zum Teil komplexen Karosserie-Teile für die Autos fertigt.

Weiterbildung

Das Unternehmen hat mir zur Weiterbildung ermöglicht einen „Composite Master“ zu machen. Also wirklich auch einen am Material ausgerichteten Masterstudiengang. Berufsbegleitend, immer blockweise habe ich mich weitergebildet: Berechnung und Auslegung von Materialien, Fertigungsverfahren, Qualitätssicherung, Wirtschaftlichkeitsgestaltung…. Ich denke, dass ich mich mittlerweile eine ganz gute Basis habe.

Carbon

Das Besondere bei einem Verbundwerkstoff ist, dass das Material-Verhalten viel komplexer als bei Metall ist. Metall hat in alle Richtungen im Normalfall gleiche Eigenschaften. Faserverbundwerkstoffe wie Carbon besitzen parallel zur Faser andere Eigenschaften als quer zur Faser. Kurzer Exkurs: Bei Carbon handelt es sich um einen Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, oft eben auch als Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) bezeichnet.

Zur Verstärkung werden diese Kohlenstofffasern in eine Kunststoffmatrix eingefügt, so dass sich die positiven Eigenschaften beider Materialien ergänzen. Mit thermischen Verfahren verwandelt man industriell hergestellte Fasern aus kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial in graphitartig angeordneten Kohlenstoff: Kohlenstoff- oder Carbonfasern. Um die entstandenen Carbonfasern nutzen und daraus zum Beispiel eine Motorhaube bauen zu können, müssen die leichten, zugfesten Fasern in einen Kunststoffmatrix eingebettet werden.

Vorteile gegenüber Stahl und Aluminium

Carbon hat eine sehr geringe Dichte, ist aber besonders fest und besitzt eine hohe Steifigkeit. Im Vergleich zu Stahl verfügt Carbon über die gleiche Belastbarkeit bei, im Idealfall, lediglich 20% des Stahlgewichtes. Auch Aluminium kann weder in Stabilität, noch in Belastbarkeit mithalten.

Dies alles sind Details, die man bei der Konstruktion, bei der Entwicklung von den Bauteilen mit berücksichtigen muss. Es gibt eine große Anzahl  materiell verschiedener Fasern, verschiedener Harzsysteme und dementsprechend auch verschiedener Kombinationsvarianten. Die Zusammensetzung, also wie viele Fasern werden verwendet, wie viel Prozent Anteil vom Harz, wie ist das Herstellungsverfahren – dies sind alles Einflüsse, die nachher auch die Bauteilqualität eines Teils beeinflussen und darüber entscheiden, ob z.B. bei einem Rempler im Rennen das Bauteil noch ganz ist oder nicht.

Wie die Teile der Autos hergestellt werden

Ich habe meinen Arbeitsplatz direkt in der Entwicklung/Konstruktionsabteilung. Dadurch bekomme ich schon zu Beginn mit, welche Teile für die Fahrzeuge gerade entwickelt werden. Ich prüfe mit den Konstrukteuren, ob alles faser- und fertigungsgerecht ist. Wenn die Karosserie-Teile soweit sind, kommen sie zuerst in den Bereich „Modellbau“. Hier werden mit einer großen Fräse Werkzeuge gefertigt, die dann nachträglich in die CFK Abteilung, kommen um die jeweiligen Bauteile zu laminieren.

„Entwicklung“ bedeutet bei uns zum Beispiel, dass wir ein Karosserieteil, das aerodynamisch verbessert wurde, zur weiteren Begutachtung  bekommen. Unser Team prüft das Ganze auf Festigkeit. Schließlich dürfen Teile wie z.B. Heckflügel unter keinen Umständen bei hohen Geschwindigkeiten abbrechen. Für die Feinberechnung haben wir unsere Berechnungsabteilung, da wird es dann nochmal im Detail berechnet.

Wir arbeiten im CAD (Computer Aided Design) mit Catia V5 und haben jetzt ganz neu seit einigen Monaten FiberSim, eine Simulationssoftware für Entwicklung und Fertigung von Kohlefaserbauteilen. So können wir genau simulieren, ob die Faser-Lage wie vorgesehen angeordnet werden kann oder ob es Material-Spannungen gäbe, ob man die Faser schneiden muss, damit man sie über den Radius legen kann.

Von der Schablone zum Zuschnitt

Wir in der Produktion bekommen aus der Konstruktion eine Zeichnung mit Informationen über den Lagenaufbau. Anhand der Werkzeuge nehmen wir eine Schablone ab. Das ist die Basis für den Zuschnitt. Dieser wird dann an der automatischen Cutter-Maschine aus dem vorimprägnierten Kohlefasergewebe geschnitten. Diese Kohlefasermatten werden nun Stück für Stück auf die formgebenden Werkzeuge aufgelegt.

Die Werkzeuge werden in einem speziellen Vakuumsack verpackt und so für den Autoklavprozess vorbereitet.  In dieser Druckkammer werden bei hohen Drücken und Temperaturen die Kohlefaserteile ausgehärtet. Dieser Vorgang braucht einige Stunden und wird daher meistens über Nacht durchgeführt. Das nun ausgehärtete Carbon Bauteil wird am nächsten Tag aus dem Werkzeug herausgeholt, geschnitten und, falls es notwendig ist, noch mit anderen Teilen verklebt.

Action beim Rennen am Wochenende bedeutet Arbeit am Montag

Wenn man in der Produktion arbeitet, sieht man  ein DTM-Rennen am Wochenende im TV ganz anders. Bei jedem Vollkontakt oder Rempler, (klar, den Zuschauer freut’s wegen „der Action“) dann weiß ich: Wir werden am Montag Einiges „neu“ machen. Und da kann bei einem Rennwochenende mit seit dieser Saison zwei DTM-Läufen schon etwas zusammen kommen.

Der verlängerte Arm des Rennteams

Wir sind der verlängerte Arm eines Rennteams, das kann auch mal heißen, dass wir „Sonderschichten“ fahren müssen: Es kommt ein Anruf, dass ein Rennfahrzeug nach einer Karambolage dringend neue Karosserie-Teile benötigt. Dann rufe ich mein Team an und frage, wer Zeit hätte und wir kommen auch am Wochenende in Affalterbach zusammen, damit das jeweilige Fahrzeug wieder fit gemacht wird. Wenn man wie wir für den Motorsport arbeitet, muss man flexibel sein, es ist Teil unserer Leidenschaft. Wir können alles, und besonders Carbon…

Formel 1 und DTM

Ich schaue auch sehr gerne die Interviews nach den Formel1-Rennen an. Einfach „Fahrer angucken“. DTM Rennen beobachte ich jedoch anders als Formel 1-Rennen. Denn dort weiß ich ganz genau, was in dem Auto technisch verbaut ist, was auf der Strecke, bei den Boxenstopps, los ist. Wir haben unter Kollegen und Freunden sogar eine Whatsapp-Gruppe, die an Rennwochenenden stark frequentiert ist :)

Gratulation an Pascal Wehrlein

Mein Team und ich freuen uns sehr über den DTM-Meistertitel von Pascal Wehrlein, der in dieser Saison mit einem unheimlich reifen und effizienten Fahrstil erfolgreich war. Woher wir das wissen? Naja, wir müssen immer nur die zu reparierenden Teile aller Fahrer in unserer Werkstatt einzeln zusammenzählen…

Traum vom Monocoque

Die Konstruktion oder Entwicklung eines zukünftigen CFK-Monocoque fände ich  spannend: Leichtes Gewicht, hohe Stabilität und Sicherheit unter einen Hut zu bringen…das ist etwas, was mich reizen würde. Stichwort: „Prager Sicherheitszelle“…

Stars & Cars

Es war für uns eine lange und unglaublich spannende Rennsaison. In der DTM. In der Formel 1. Bei der Formel 3 und bei den ADAC GT Masters. Und bei allen Serien hat der Stern den Titel geholt.

Deshalb freue ich mich sehr auf den „Vollgas-Saison-Ausklang“ am 12.12.2015 bei Stars & Cars in der Mercedes-Benz Arena! Unter anderem mit den von uns präpariertem SLS AMG GT3 oder dem C 63 DTM 2015 von Pascal Wehrlein.

Und danach geht es zurück an die Arbeit. Die Saison 2016 ist bereits im vollen Gange.


Anmerkung der Redaktion: Wer keine Tickets hat, kann hier dem Livestream folgen.

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